2.2. Вихревые токи (токи Фуко)
Индукционный ток возникает не только в линейных, но и в массивных сплошных проводниках, помещенных в переменное магнитное поле. Эти токи оказываются замкнутыми в толще проводника и поэтому называются вихревыми. Их также называют токами Фуко – по имени первого их исследователя. Токи Фуко, как и индукционные токи в линейных проводниках, подчиняются правилу Ленца: их магнитное поле направлено так, чтобы противодействовать изменению магнитного потока, индуцирующего вихревые токи.
Взаимодействуя с магнитным полем, вихревые токи вызывают появление сил, действующих на движущийся проводник, противодействуя его движению. Силы, вызываемые токами Фуко и действующие на движущиеся проводники в магнитном поле, используются для демпфирования (успокоения) подвижных частей гальванометров, сейсмографов и других измерительных приборов.
Токи Фуко вызывают нагревание проводников. Тепловое действие токов Фуко используется в индукционных металлургических печах. С помощью токов Фуко осуществляется также прогрев внутренних металлических частей вакуумных установок для их обезгаживания.
Во многих случаях токи Фуко бывают нежелательными, и приходится принимать для борьбы с ними специальные меры. Так, для уменьшения потерь на нагревание якоря генераторов и сердечники трансформаторов делают не сплошными, а изготавливают из тонких пластин, отделенных одна от другой слоями изолятора, и устанавливают их так, чтобы вихревые токи были направлены поперек пластин.
Количество теплоты, выделяющееся за единицу времени в единице объема проводника, называется удельной тепловой мощностью. Она равна:
,
(2.7)
где
– удельное сопротивление проводника,Е
– напряженность вихревого электрического
поля.
Учитывая, что разность потенциалов между двумя точками поля, находящимися на расстоянии l друг от друга, равна:
.
(2.8)
Формулу (2.6) можно представить в виде:
.
(2.9)
3. Экспериментальная часть
3.1. Описание лабораторной установки
Схема лабораторной установки представлена на рис.3.1.
При включении тумблера 2 по катушке электромагнита 1 течет переменный ток и в железном сердечнике возникает переменное магнитное поле. В листе латуни 3 индуцируется вихревое электрическое поле. Изучение этого поля осуществляется с помощью зонда 4 и цифрового вольтметра 5.
Рис.3.1
Требования по технике безопасности
Прежде чем приступить к работе, внимательно ознакомьтесь с заданием и оборудованием.
Проверьте заземление лабораторной установки и изоляцию токонесущих проводов. Немедленно сообщите преподавателю о замеченных неисправностях.
Не оставляйте без присмотра включенную лабораторную установку.
По окончании работы приведите свое рабочее место в порядок. Обесточьте приборы.
Порядок выполнения работы
Включить установку в сеть.
В
ключить
цифровой вольтметр. Нажать на вольтметре,
предназначенном для измерения напряжения,
клавишу « » и клавишу «АВП», соответствующую
автоматическому выбору пределов
измерения.Расстояние между иглами двойного зонда сделать равным 20 мм.
Поместить одну иглу двойного зонда в точку А (с координатами 25,2) на листе латуни. Нанести эту точку на лист миллиметровой бумаги.
Вращая зонд относительно точки А, найти второй иглой на листе латуни точку, соответствующую максимальному значению показаний вольтметра. Полученную точку наколоть второй иглой. Эту точку также нанести на лист миллиметровой бумаги.
Оставляя вторую иглу неподвижной, найти первой иглой точку на латуни, соответствующую максимальному значению показаний вольтметра, и т.д.
Соединить точки. Полученная линия есть силовая линия вихревого электрического поля в области листа латуни.
Помещая иглу двойного зонда последовательно в точки с координатами 25,3; 25,4 и повторяя п.п. 3–6, построить на том же листе миллиметровой бумаги еще 2 силовые линии.
Построить линии равного потенциала.
Рассчитать удельную тепловую мощность по формуле:
,
где
U
– напряжение между двумя точками вдоль
силовой линии, находящимися на расстоянии
друг от друга;
=7,1.10-8
– удельное сопротивление латуни; R
– радиус кривизны силовой линии;
– угол, соответствующий дугеl
рис.3.2.
Рис.3.2
11. Получить 3 значения для различных точек, подсчитать среднее значение удельной мощности потерь, абсолютную и относительную погрешности. Результаты занести в табл.
Таблица
